5

A. REZUMAT

Cu ajutorul materialele compozite se pot realiza aplicații foarte variate, cu

proprietăți corespunzătoare scopului propus și la prețuri avantajoase. Din punct

de vedere constructiv materialele compozite reprezintă o combinaţie de două sau

mai multe materiale, alăturate, cu proprietăți cunoscute pentru fiecare

component, cu scopul de a obţine un material cu proprietăţi noi. Se pot realiza

diverse combinaţii între materiale cum ar fi: materiale de același tip, metale cu

metale sau ceramică cu ceramică; materiale cu proprietăţi fizice şi chimice

diferite ca de exemplu alaturarea de sticlă cu platic sau fibre de carbon cu răşini

epoxidice. În general, un compozit este constituit dintr-un material de bază

(matrice), care prezintă proprietăți mai slabe dar are un preț de cost scăzut,

ranforsat alte tipuri de materiale, de diferite forme, topologii și dimensiuni cu

proprietăţi mecanice, fizice sau chimice foarte bune dar cu preț de cost ridicat.

Materiale compozite au provocat o adevarată revoluție în industrie, mai

ales spre sfârșitul secolului trecut și continuă să se dezvolte cu aceeași putere și în momentul de față pentru că au multiple avantaje: ele preiau unele proprietăți utile în procesul de proiectare a unei mașini sau piese ale componentelor sale și înlătură unele dezavantaje care ar apărea la utilizarea numai a unui singur

element.

Avantaj major al compozitelor și dezvoltarea deosebită a acestor materiale

s-a datorat faptului că pot fi variați un număr mare de parametrii care vor da în

final proprietățile compozitului. De aici și plaja mare de proprietăți care pot fi

obținute în acest fel. Pot fi puse împreună materiale diferite, cu proprități fizice

și chimice diferite, cu forme şi dimensiuni diferite, în proporții diferite. Alt

avantaj al compozitului este că poate avea anumite proprietăţi mai bune decât

proprietăţile fiecărui component al său. De exemplu se cunoaște că pentru

anumite compozite conductibilitatea termică este mai bună decât

conductibilitatea termică a fiecărei faze. Însă, ca o regulă generală, acest lucru

nu se întamplă decât doar pentru o parte dintre proprietăţile compozitului iar o

anumită proprietate sau caracteristică se va situa, de obicei, între valorile avute

de componentele sale.

Din punct de vedere ingineresc importanța unui material compozit rezidă

în posibilitatea de a realiza un compromis optim pentru a obţine un material cu

proprietăţi deosebite şi preţ de cost scăzut. Mai există și alte motive pentru care

materialele compozite au devenit importante. În lumea modernă, puternic

industrializată, există o presiune continuă a opiniei publice pentru reducerea

activităţilor care pot afecta mediul (în mod special activităţile miniere sau

metalurgia). Managementul energiei în scopul economisirii ei reprezintă o alt

motiv pentru care compozitele au o asemenea dezvoltare. Sunt astfel oferite

oportunități enorme pentru utilizarea a materialelor compozite. Ele sunt mai

rezistente, mai ușoare, mai ușor de fabricat, cu un impact asupra mediului mai

6

redus, au prețuri mai scazute și nu sunt afectate de cantitațile limitate de materie

primă cum se întâmplă cu materialele clasice. De asemenea consumurile

energetice cu fabricarea sunt mai reduse și au impact mai redus asupra mediului,

majoritatea compozitelor putând fi reciclate. Utilizând materialele compozite

putem produce mașini și componente de mașini mai rezistente, mai mici, mai

ușoare, mai confortabile, cu o durată de viață mai mare și la prețuri de cost mai

scăzute.

In prima secțiune s-a studiat influența temperaturii asupra proprietăților

mecanice ale unor composite cu matrice polimerică. S-au studiat proprietățile

mecanice ale unui compozit armat cu fibre de sticlă supus unor solicitări de

încovoiere. Studiul a fost condus spre a se determina cum influențează

temperatura aceste proprietăți. Se constată că odată cu creșterea temperaturii

rezistența la încovoiere a materialului va scădea. Rezultă că o încălzire , în

timpul funcționării sistemelor mecanice care au în componență astfel de

materiale compozite, duce la scădere a valorilor la care aceste componente se

pot distruge. Această scădere este destul de importantă și trebuie să semnalăm

faptul că, materialele compozite cu matrice polimerică și ranforsate cu fibre de

sticlă se vor distruge ușor chiar la temperature care nu sunt deosebit de înalte (în

cazul nostru 65o C față de 20

o C, temperatura mediului ambient). S-a mai

constatat că în cazul unei încălziri (care în practică poate fi accidentală) după

care materialul este adus la temperature inițială, el nu-și pierde proprietățile

mecanice în ceea ce privește încovoierea. În acest moment sunt suficiente date

pentru a se face cercetări viitoare sistematice privind comportarea materialelor

compozite la temperature înalte, întrucât s-a constatat că răspunsul compozitului

la încălzire este semnificativ diferit în ceea ce privește proprietățile lui

mecanice. Rezultatele care se vor obține din aceste studii pe care ne propunem

să le facem vor fi extreme de utile proiectanților care lucrează cu material

ranforsate cu fibre de sticlă.

O altă direcție de cercetare a reprezentat-o identificare proprietăților unor

tipuri de compozite cu matrice polimerică, utilizate în construcția de

autovehicule. Au fost studiate proprietățile unor material propilenice cu

densitate scăzută (LDPE) ranforsate cu fibre de sticlă scurte, composite

poliesterice ranforsate cu fibră de sticlă RT300 și compozit poliesteric HDPE

ranforsat cu fibre scurte de sticlă. Pentru a utiliza aceste compozite în cadrul

unor componente pentru autovehicule este necesar să cunosștem care sunt

proprietățile lor și felul în care se comportă în cazul unor solicitări mecanice.

Unele dintre cele mai utilizate material în construcția de autovehicule îl

reprezintă materialele plastice sau rășinile ranforsate cu fibre de sticlă. Utilizarea

lor în proiectare necesită cunoașterea foarte bună a proprietățile pe care le au

aceste material. Există o serie de cercetări teoretice care prezintă metode de a

calcula aceste proprietăți dar în practică s-a constata că, uneori, valorile

7

calculate pot fi destul de departe de valorile reale, lucru datorat în general

faptului că sarje diferite din același compozit pot avea valori destul de diferite

ale proprietăților mecanice. Este greu de a asigura aceleași condiții la fabricare

în cadrul compozitelor. Din acest motiv este necesar de a determina, în multe

cazuri practice, care sunt valorile proprietăților mecanice, prin încercare direct,

pe mașina de încercat. Încercările la tracțiune sunt cele mai utilizate pentru

aceste determinări. Pe baza încercările effectuate pe mașina de tracțiune și a

valorilor obținute se pot trage unele concluzii referitoare la materialele

încercate. Materialele compozite ranforsate cu fibre de stică de tipul RT300 au o

comportare mecanică bună și o rezistență la tracțiune convenabilă pentru o serie

de aplicații inginerești. Abaterile dimensionale și structural care apar la fabricarea compozitelor

ranforsate cu fibre pot duce la variații semnificative ale proprietăților mecanice

ale acestor material. Aceste efecte au fost studiate în cadrul lucrării. Materialele

compozie cu fibre lungi, aliniate, sunt fi considerate, în abordările teoretice, ca

fiind alcătuite din cilindrii așezați într-o rețea regulată. Acest lucru, în realitate,

este departe de adevăr și este imposibil de a realize în practică o dispunere

perfectă paralelă a fibrelor. De asemenea și în dimensiunile fibrelor există

abateri de la cilindricitate și de la dimensiunile nominale, oferite de fabricant.

Aceste abateri care pot fi dimensionale sau structurale de la valorile teoretice pot

duce la variații ale proprietăților mecanice, calculate în cu ipoteze teoretice

simplificatoare. Fibrele pot să nu fie dispuse în rețea regulată, pot să nu fie

paralele, iar diametrele fibrelor se poate întampla (frecvent) să nu fie egale. S-a

determinat cum pot influența proprietățile mecanice calculate cu formulele

acceptate de literature de specialitate, aceste imperfecțiuni care se întâlnesc

uzual în practică. În timpul fabricării materialului compozit, dar și după aceea,

în timpul depozitării și transportului, pot apărea o serie de imperfecțiuni în

material datorate acțiunilor mecanice sau a unor fenomene chimice ca

fenomenele de difuzie. Acestea pot conduce la modificări care uneori pot fi

semnificative în comportarea materialului compozit și abateri, nedorite, față de

comăportarea teoretică, estimată, a compozitului.

În urma analizei formulelor prezentate în lucrare, se poate concluziona că

variațiile proprietăților fibrei sau ale matricei pot duce în general la variații, uneori semnificative, în proprietățile compozitului material.

Comportarea unui material compozit laminat de tip Heliopol/ Stratimat

sub acțiunea unor solicitări ciclice de încovoiere a fost analizată în cadrul unor

lucrări publicate și prezentate în bibliografie. Structura laminată compozită este

formată din rășină de tip HELIOPOL 9431ATYX_LSE armată cu fibră de sticlă

STRATIMAT300 cu 5 straturi. Un specimen compozit a fost supus la diferite

mărimi ale deplasării pentru a determina comportamentul hysteretic al

laminatului. Pentru a prezice proprietățile elastice ale compozitelor constituite

din două faze, abordările teoretice sunt realizate fără nici o problemă utilizând

8

software bine cunoscut precum ABAQUS, ANSYS și NASTRAN etc. Pentru

compozitele trifazice, predicția proprietăților elastice poate fi făcută prin metoda

omogenizării sau prin metode de mediere.

Au fost determinați experimental coeficienții de dilatare termică liniară

pentru întreaga structură. Au fost utilizate ca materiale de ranforsare în

laminatele compozite materialele livrate sub formă de țesătură din fibre de

sticlă, și panouri cu fibre de sticlă, decupate în mod aleatoriu. Materialele de

ranforsare având diverse greutăți specifice, în combinație cu țesăturile realizate

din sticlă, reprezintă, în general, o soluție potrivită pentru fabricarea unei

structuri compozite solicitată la încovoiere. De exemplu, astfel de structuri au

fost supuse testelor de încovoiere în trei și patru puncte pentru a determina

proprietățile mecanice cele mai importante. Tesatura din sticlă de tip RT300 a

fost utilizată și ca material de ranforsare în structuri compozite pe bază de rășini

poliesterice Au fost realizate diverse cercetări asupra diferitelor structuri

compozite supuse unor încărcări complexe diferite. Limita superioară a

deplasării pune în evidență caracterul hysteretic puternic care apare la utilizarea

acestui tip de material compozit bazat pe rășina HELIOPOL 9431ATYX_LSE

ranforsat cu țesătură de fibră de sticlă STRATIMAT300 cu greutatea specific de

300 g/m2. Rezultatele pot fi utile în aplicații practice ulterioare care utilizează

acest material și care trebuie să țină seama de caracterul histeretic puternic.

In lucrare sunt prezentate, de asemenea, încercări de tracțiune pentru

material fabricat din patru straturi de țesătură de fibră de sticlă CSM600 și rășină Polylite 440-M888. Se prezintă modurile de rupere întâlnite la epruvete

fabricate din rășini poliesterice armate cu fibre de sticlă cu patru straturi, supuse

la teste de tracțiune până la ruperea finală. Materialul CSM600 (cu greutate

specifică de 600 g / m2) a fost utilizat ca material de ranforsare pentru rășina

poliesterică de tip Polylite 440-M888. Materialele de țesătură din sticlă tip RT

cu diferite greutăți specifice au fost utilizate ca materiale de ranforsare în

composite. Ele pot fi modelate ușor folosind metoda elemententelor finite.

Folosind software-ul Nastran / Patran, s-au analizat diverse laminate compozite

supuse încercărilor în trei puncte și în patru puncte.

Compozitele ranforsare cu fibre de carbon sunt deosebit de utilizate în

aplicații practice. Au fost studiate în lucrare cele mai importante proprietăți mecanice pe care le prezintă trei material composite preimpregnate, noi, pe bază

de rășină epoxidică 1050 și țesătură de carbon PLAIN 200 cu o greutate

specifică de 200 g / m2, utilizate ca înveliș exterior în panouri compozite ultra-

ușoare de tip sandwich, cu aplicații în industria aerospațială. Au fost dezvoltate

trei tipuri de material de tip prepreg folosind un singur strat, două și trei straturi

și apoi tratate într-o autoclavă cu presiune și temperatură controlată. Diferite

mărimi mecanice pentru aceste trei materiale au fost înregistrate cu ajutorul

mașinii de încercat.

9

Țesăturile cu fibre de carbon sunt utilizate atât pentru structuri compozite

de dimensiuni medii, cât și pentru dimensiuni mari, datorită raportului lor ridicat

între rezistența la tracțiune și greutatea specifică. Aceste materiale prezintă o

bună capacitate de așezare și manevrare, o caracteristică care le permite să fie

utilizate în aplicații care reclamă forme complexe.

Datorită proprietăților mecanice bune (rigiditate ridicată) materialul

PLAIN 200 epoxy cu țesătură de carbon poate fi utilizat în diferite tipuri de

composite laminate. O aplicație predilectă o reprezintă utilizarea ca strat exterior

pentru plăci plane de tip sandwich unde miezul este alcătuit dintr-un material

moale, ieftin, cu proprietăți mecanice scăzute. Acest tip de țesătură de carbon

poate fi utilizat, spre exemplu, în realizarea aripilor adaptative în industria

aeronautică. Aceste material obținute folosind fibra de carbon au și proprietăți termice și electrice deosebite care, adaăgate la proprietățile mecanice deosebite

ale fibrei de carbon, duc la realizarea unor aplicații extreme de utile, cu

precădere în industria aeronautică.

Partea a doua a acestei secțiuni se ocupă de dezvoltarea și îmbunătățirea

cercetării științifice din perspectiva metodicii și a didacticii aplicative de

predare. Studiul prezentat în această parte s-a făcut în concordanță cu Strategia

Naţională de cercetare, dezvoltare şi inovare 2014-2020, Strategia națională

pentru învățământ terțiar 2015–2020 și Memorandumul Comisiei Europene

privind învăţarea pe tot parcursul vieţii, adoptat în octombrie 2000. Aceste

documente invită statele Uniunii Europene să identifice strategii coerente şi

măsuri practice pentru dezvoltarea învăţării continue, dar și pentru dezvoltarea

și îmbunătățirea cercetării științifice din perspectiva metodicii și a didacticii

aplicative de predare.

Dezvoltarea și îmbunătățirea cercetării științifice din acestă perspectivă

conform studiilor făcute se poate obține prin dezvoltarea sistemului de educaţie

şi de formare profesională initială şi continuă. Noțiunea de "triunghi al

cunoașterii“ – educație, cercetare și inovare – este un element central al

Strategiei Comisiei Europene pentru Educație și Formare 2020 (ET2020), fiind

în continuare promovat de Raportul comun privind stadiul implementării

strategiei ET2020. Consiliul European consideră că educația și formarea sunt

condițiile unei bune funcționări a triunghiului cunoașterii, fiind esențiale pentru

stimularea cercetării, creșterii economice și a numărului locurilor de muncă.

Concluziile Consiliului European și ale reprezentanților guvernelor statelor

membre privind dezvoltarea rolului educației în cadrul unui triunghi al

cunoașterii complet funcțional stabilesc mai multe priorități de acțiune, printre

care: reforma pedagogică, parteneriate cu mediul de afaceri, dezvoltarea unei

culturi a inovării și cercetării științifice în cadrul instituțiilor de învățământ

superior și noi abordări pentru evaluarea calității.

10

Se urmărește dezvoltarea și îmbunătățirea cercetării științifice și din

perspectiva direcției "triunghiului cunoașterii“ precum și prin moduri probabile

de acțiune pentru punerea în practică a acestora, a educației, a calității în

educație care se concretizează prin numeroase studii de cercetare care le-am

reunit în această parte. Topicele cercetate pentru studierea acestui deziderat sunt:

comunicare, calitate, evaluare, didactică și management.

Unitățile de învățământ sunt considerate a fi responsabile în atingerea

unui nivel ridicat în toate topicele cercetate, dar în egală măsură sunt

responsabile și de corelarea între oferta educațională și piața muncii având în

permanență ca deziderat dezvoltarea cercetării științifice, deoarece această

latură prezentă în învățământul universitar este unul din instrumentele reale cele

mai importante de îmbunătăţire a „valorii adăugate” în contextul întregului

proces educaţional.

Indiferent de vârstă un educator are de învăţat în permanenţă, dar desigur

odată cu creşterea experienţei compentenţele umane ale unui bun specialist se

îmbunătăţesc, inclusiv latura cercetătorului prezentă în orice cadru didactic. La

nivelul cercetării științifice și a practicii, consider că trebuie să ajungem, noi

educatorii, cât mai performanţi asupra următoarelor competenţe: ştiinţifică,

psihosocială, managerială, psihopedagogică şi comunicaţională pentru a putea

într-adevăr a fi ceea ce trebuie să fim.

Deschiderea către cercetare și inovaţie este o caracteristică a

universităților noastre, însă, nici o schimbare nu este posibilă fără acordul

implicit şi participarea activă a cadrelor didactice , elevilor ,studenților,

părinţilor şi comunităţii locale.